(57)【要約】【課題】  切り替えレンズの挿入可能場所の走査方向あるいは副走査方向光線が平行光線でない場合、解像度切り替えにともなう走査方向スポットの結像位置変化や、光量変化がなく、良好な光走査装置を備えた画像形成装置を実現すること。【解決手段】  変調周波数を第一の段階と第二の段階に切り替え可能な複数のレーザ光源と、前記レーザ光源からの光線を偏向走査する回転多面鏡からなる光走査装置を有する画像形成装置において、前記レーザ光源と前記回転多面鏡の間で、走査方向あるいは副走査方向の光線が不平行な位置に、第一の段階の変調周波数のときパワーを有しない位相物体を、第二の段階の変調周波数のとき走査方向にパワーを有しない透過型光学素子を、選択的に使用する機構を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調周波数を第一の段階と第二の段階に切り替え可能な複数のレーザ光源と、前記レーザ光源からの光線を偏向走査する回転多面鏡からなる光走査装置を有する画像形成装置において、前記レーザ光源と前記回転多面鏡の間で、走査方向あるいは副走査方向の光線が不平行な位置に、第一の段階の変調周波数のときパワーを有しない位相物体を、第二の段階の変調周波数のとき走査方向にパワーを有しない透過型光学素子を、選択的に使用する機構を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記走査方向にパワーを有しない透過型光学素子は２枚のシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記走査方向にパワーを有しない透過型光学素子の移動方向は走査方向であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記パワーを有しない位相物体の数をｐ、それぞれの厚さをＳ１からＳｐ、それぞれの屈折率をｍ１からｍｐとし、走査方向にパワーを有しない透過型光学素子の数をｑ、それぞれの厚さをＴ１からＴｑ、それぞれの屈折率をｎ１からｎｑとし、ｐを１以上、ｑを２以上の整数としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
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【請求項５】
前記パワーを有しない位相物体の透過率と、走査方向にパワーを有しない透過型光学素子の透過率が同じであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記パワーを有しない位相物体の枚数と、走査方向にパワーを有しない透過型光学素子の枚数が同じであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル複写機やレーザプリンタなどの解像度（印刷ドット密度）を切り替える機能を備えた光走査装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のレーザ光線を走査する光走査装置において、解像度の切り替えを行なう技術の従来例として、アフォーカルアナモフィックズームレンズを実装し、このズームレンズにより光源と回転多面鏡の間の副走査方向の結像倍率を変えて解像度の切り替えを行なうもの（例えば、特許文献１参照。）、一方のレーザ光線の光路中にプリズムを実装しその角度を変えることで感光体上のビーム間隔を変え、これにより解像度の切り替えを行なうもの（例えば、特許文献２参照。）、あるいは、光路中に軸対称な光学系を挿入自在に移動させるようにし、この出し入れにより複数ビームの間隔とビームを高精度に切り替えるもの（例えば、特許文献３参照。）が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−５４９１４号
【０００４】
【特許文献２】特開昭５８−６８０１６号
【特許文献３】特開平１０−２０６７７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、アナモフィックズームレンズなので少なくとも３枚のレンズ構成となり、レンズ枚数が多くなるにつれて装置価格が上昇してしまう。また、アナモフィックズームレンズ内の各レンズは回転調整機構が必要であり、調整後その角度を保持したまま、各レンズを光軸方向に正確に動かす必要がある。また、ある解像度に変更した後もとの解像度に戻す場合にも各レンズを精度良くもとの位置に戻す必要がある。よって、レンズ保持機構が複雑でかつ高精度のものが必要になってしまい、価格が高くなってしまう。
【０００６】
特許文献２では、複数のレーザ光線のうち１つを除いたレーザ光線の光路中にプリズムを実装するものであるが、複数のレーザ光線が重なるか近い場合には、実施するのが難しい。また、複数のレーザ光線が離れている構成での実施例が示されている。この場合ビーム数が増えるにしたがってレンズ及びプリズムの数が増大してしまい、価格上昇及び実装困難及び調整困難及び高精度に固定するのが困難になるので現実的でない。さらに、プリズムを入れている光路と、入れていない光路では光量に差が生じてしまうことがある。
【０００７】
特許文献３では、切り替えレンズを実装する場所の光線が、走査方向、副走査方向とも平行光線であれば良い。しかし、平行光線となる範囲が狭く挿入レンズを実装できない場合は、工夫が必要である。例えば、走査方向が収束光線あるいは発散光線で、副走査方向が平行光線のところへ入れる場合、切り替えレンズは軸対称な光学系だけでは切り替えができない。
【０００８】
また、軸対称でないレンズを含めて切り替えできるようにする場合は切り替えレンズ枚数が多くなってしまう。切り替えレンズ枚数が多くなるにつれ、切り替えレンズの出し入れにともない、光量がレンズ透過率分だけ変化してしまうという問題も生じる。さらに、軸対称な光学系を用いる場合、光軸に対し走査方向、副走査方向と２次元の位置合わせが必要となるので、複雑な位置合わせ機構が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するため、本発明は、変調周波数を第一の段階と第二の段階に切り替え可能な複数のレーザ光源と、前記レーザ光源からの光線を偏向走査する回転多面鏡からなる光走査装置を有する画像形成装置において、前記レーザ光源と前記回転多面鏡の間で、走査方向あるいは副走査方向の光線が不平行な位置に、第一の段階の変調周波数のときパワーを有しない位相物体を、第二の段階の変調周波数のとき走査方向にパワーを有しない透過型光学素子を、選択的に使用する機構を有することを特徴とする
また、走査方向にパワーを有しない透過型光学素子は２枚のシリンドリカルレンズとし、走査方向にパワーを有しない透過型光学素子の移動方向は走査方向とし、パワーを有しない位相物体の数をｐ、それぞれの厚さをＳ１からＳｐ、それぞれの屈折率をｍ１からｍｐとし、走査方向にパワーを有しない透過型光学素子の数をｑ、それぞれの厚さをＴ１からＴｑ、それぞれの屈折率をｎ１からｎｑとし、ｐを１以上、ｑを２以上の整数としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
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【００１０】
さらに、パワーを有しない位相物体の透過率と、走査方向にパワーを有しない透過型光学素子の透過率が同じであるようにし、パワーを有しない位相物体の枚数と、走査方向にパワーを有しない透過型光学素子の枚数が同じにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、切り替えレンズの挿入可能場所の走査方向あるいは副走査方向光線が平行光線でない場合、解像度切り替えにともなう走査方向スポットの結像位置変化や、光量変化がなく、良好な光走査装置を備えた画像形成装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図３は本発明を適用した画像形成装置の例を示す。トナー像を形成するための記録媒体であるドラム形状の感光体１８は回転駆動している。この感光体１８は帯電装置１０にて特定の極性に均一に帯電された後、後述する光走査装置１１からのレーザビームにより露光されることで静電潜像が形成される。この露光位置の回転下流側には、現像装置１２が配置されている。現像装置１２にて現像された感光体１８上のトナー像は、搬送装置１４で搬送された印刷用紙１３上に転写装置１５で、印刷用紙１３の背面にトナーと逆極性の帯電がなされ、感光体１８上のトナー像が印刷用紙１３上に転写される。転写後は、図示しない剥離手段にて印刷用紙１３が感光体１８より剥離される。そして、転写後、転写されなかったトナーは清掃装置１６によって除去される。
【００１４】
一方、感光体１８より剥離された印刷用紙１３は定着装置１７へ搬送される。定着装置１７は、一定温度に加熱制御されるヒートロールとヒートロールに圧接する加圧ローラとから構成されている。したがって、印刷用紙１３上に保持されたトナー像は加圧溶融され、圧力の作用にて定着される。この定着処理で画像形成が終了し、印刷用紙１３は画像形成装置の外部に排出処理される。
【００１５】
図４は図３の光走査装置１１の構成を示したものである。複数レーザ光源２０から発した光線２１は、コリメータレンズ２２で平行光線にされ、走査方向のみ所定の曲率をもつシリンドリカルレンズ２３を通り、球面レンズ２４をへて回転多面鏡２５によって偏向走査され、Ｆθレンズ２６を介して折り返しミラー２９で反射し、感光体１８（図３参照。）上に結像され静電潜像が作成される。なお、偏向走査された光線の一部はミラー２７によってセンサ２８へ入射され、そこからの出力信号により、複数レーザ光源２０から発せられる光線の書き込みのための変調を開始する。
【００１６】
複数レーザ光源２０と回転多面鏡２５の間の光学系を図５から図７に示す。図では４ビーム走査の場合を示している。
【００１７】
図５は走査方向断面図であり、複数レーザ光源２０から出る光線のうちの１つの光線３５を図示したものである。コリメータレンズ２２を通過した光線は、シリンドリカルレンズ２３と球面レンズ２４でビーム幅が広げられ、平行光線で回転多面鏡２５へ到達する。シリンドリカルレンズ２３の焦点距離をａ、球面レンズ２４の焦点距離をｂとすると、これらの距離はａ＋ｂとすればよい。このときビーム幅はｂ／ａ倍に拡大される
図６は副走査方向断面図である。複数レーザ光源２０から出る光線のうちの１つの光線３６を図示したものである。コリメータレンズ２２を通過した光線は、シリンドリカルレンズ２３を通過し、球面レンズ２４で回転多面鏡２５上に集光する。球面レンズ２４の焦点距離がｂの場合球面レンズ２４と回転多面鏡２５の距離をｂとしている。
【００１８】
図７は走査方向断面図である。複数レーザ光源２０から出る光線のうちの４つの光線の主光線（中心線）３７を図示したものである。４つの主光線はコリメータレンズ２２を通過後、一旦交差してシリンドリカルレンズ２３で平行になるようにしており、球面レンズ２４により回転多面鏡２５上で交差するようにしている。コリメータレンズ２２の焦点距離をｃ、シリンドリカルレンズ２３の焦点距離をａとすると、コリメータレンズ２２とシリンドリカルレンズ２３の距離をｃ＋ａとすればよい。
【００１９】
本発明では、走査方向あるいは副走査方向の光線が平行光線でなくかつスペースが充分取れる箇所（具体的にはシリンドリカルレンズ２３と球面レンズ２４の間）に、第一の解像度の時に平行平板等のパワーを有しない位相物体３１を入れ（図２の状態）、第二の解像度の時にシリンドリカルレンズ等の走査方向にパワーを有しない透過型光学素子である第一のレンズ３２および第二のレンズ３３からなる切り替えレンズ組を入れている（図１の状態）。
【００２０】
なお、シリンドリカルレンズは走査方向には同じ断面形状をしているため、移動の方向は図１、図２に示すようにシリンドリカルレンズの母線方向にすれば、入れ替えに伴うレンズ移動距離に誤差が生じても影響を受けないので好ましい。また、パワーを有しない位相物体３１の移動方向は、図１、図２では切り替えレンズ組を移動方向と同じとしたが、別方向であっても影響が無いので問題ない。
【００２１】
走査ビーム数が４で、第一の解像度が６００ｄｐｉで、第二の解像度が４８０ｄｐｉとする実施例について以下に説明する。切り替えシリンドリカルレンズの組み合わせは、第一のレンズの焦点距離をｄ、第二のレンズの焦点距離をｅの２枚構成とし２つのレンズの主点距離をＬとすると（図８参照）、式（２）、式（３）を満たすようなｄ、ｅ、Ｌとすればよい。
【００２２】
−ｅ／ｄ＝４８０／６００  …（２）
Ｌ＝ｅ＋ｄ  …（３）
なお、Ｌの値は、第一のレンズおよび、第二のレンズの焦点距離の製造誤差を吸収するため調整し固定できるようにすると良い。
【００２３】
仮に、ｄ＝１００ｍｍとすれば、式（２）、式（３）からｅ＝−８０ｍｍ、Ｌ＝２０ｍｍが求められる。このレンズを挿入すれば、解像度を６００ｄｐｉから４８０ｄｐｉに切り替えできる。６００ｄｐｉ時走査間隔が４２．３μｍ、副走査方向スポット径が６０μｍとすれば、４８０ｄｐｉ時５２．９μｍ、スポット径７５μｍとなる。
【００２４】
また、ｄ＝−８０ｍｍとした場合、式（２）、式（３）からｅ＝１００ｍｍ、Ｌ＝２０ｍｍが求められる。このレンズを挿入すれば、解像度を４８０ｄｐｉから６００ｄｐｉに切り替えできる。４８０ｄｐｉ時走査間隔が５２．９μｍ、副走査方向スポット径が７５μｍとすれば、６００ｄｐｉ時４２．３μｍ、スポット径６０μｍとなる。
【００２５】
以上は、２枚のシリンドリカルレンズを用いた場合の例を示したが、３枚以上で構成することも可能である。
【００２６】
一方、本実施例の様に走査方向の光線が、図５に示すように収束、発散している場合、ここにシリンドリカルレンズを入れると、光路長が変化し、感光体上の焦点位置がずれて問題になる。
【００２７】
例えば、球面レンズ２４の焦点距離を９０ｍｍ、Ｆθレンズ２６の焦点距離を３６０ｍｍ、挿入レンズ（切り替えレンズ）の屈折率を１．５、厚さをそれぞれ３ｍｍとした場合について計算する。焦点位置変化は、式（４）の様に、光路長の変化に系の倍率をかけて求められ、上記の例の場合６４ｍｍとなる。
【００２８】
（６×（１−１／１．５）×３６０／９０）＾２＝６４  …（４）
焦点位置がずれるとスポット径が大きくなってしまい問題である。本発明では、下記の式（１）を満たすようなパワーを有しない位相物体３１を入れているので、光路長の変化が補正されるので問題無い。
2006047887.tif 000004
【００２９】
なお、ｐはパワーを有しない位相物体の数で１以上、Ｓ１からＳｐはそれぞれの厚さ、ｍ１からｍｐはそれぞれの屈折率、ｑは走査方向にパワーを有しない透過型光学素子の数で２以上の整数、Ｔ１からＴｑはそれぞれの厚さ、ｎ１からｎｑはそれぞれの屈折率である。
【００３０】
以下に具体例を３つ示す。
＜例１＞
パワーを有しない位相物体３１の数を１、屈折率を１．４、切り替えレンズ組を厚さ３ｍｍ屈折率１．５の第一のレンズ３２と厚さ３ｍｍ屈折率１．５の第二のレンズ３３の２枚とする場合、式（１）のｐ＝１、ｑ＝２、ｍ＝１．４、ｎ１＝ｎ２＝１．５、Ｔ１＝Ｔ２＝３となるのでＳは７となる。よって、パワーを有しない位相物体３１の厚さを７ｍｍとすればよい。
＜例２＞
パワーを有しない位相物体３１の数を２、屈折率を順番に１．４と１．５とし、最初の物体の厚さを３．５ｍｍとし、切り替えレンズ組を厚さ３ｍｍ屈折率１．５の第一のレンズ３２と厚さ３ｍｍ屈折率１．５の第二のレンズ３３の２枚とする場合、式（１）のｐ＝２、ｑ＝２、ｍ１＝１．４、ｍ２＝１．５、Ｓ１＝３．５、ｎ１＝ｎ２＝１．５、Ｔ１＝Ｔ２＝３となるのでＳ２は３となる。よって、パワーを有しない位相物体３１の２番目の物体（屈折率が１．５の物体）の厚さを３ｍｍとすればよい。
＜例３＞
パワーを有しない位相物体３１の数を３、屈折率を順番に１．４、１．４、１．５とし、厚さを順番に２ｍｍ、１．５ｍｍとし、切り替えレンズ組を厚さ３ｍｍ屈折率１．５の第一のレンズ３２と厚さ３ｍｍ屈折率１．５の第二のレンズ３３の２枚とする場合、式（１）のｐ＝３、ｑ＝２、ｍ１＝１．４、ｍ２＝１．４、ｍ３＝１．５、Ｓ１＝２、Ｓ２＝１．５、ｎ１＝ｎ２＝１．５、Ｔ１＝Ｔ２＝３となるのでＳ２は３となる。よって、パワーを有しない位相物体３１の３番目（屈折率が１．５の物体）の厚さを３ｍｍとすればよい。
【００３１】
次に透過率について説明する。反射防止コーティングなどを施し１面当たりの透過率を９９％であるとすれば、２枚のシリンドリカルレンズからなる切り替えレンズ組で合計９６％となる。よって、パワーを有しない位相物体３１の無い切り替え方式の場合は切り替えによって４％程度光量が変化する。光量が変動すると、感光体上の静電潜像の電位に差が生じてしまう。これが原因で、現像時のトナー付着量が変化し、さらには印刷画像濃度が変動してしまい問題となる。
【００３２】
本発明では、パワーを有しない位相物体３１の透過率も、切り替えレンズ組と同じ９６％とするので、入れ替えにともなう光量変化は無い。
【００３３】
なお、パワーを有しない位相物体を切り替えレンズ組と同じ枚数、同じ材質の２枚構成とし、１面あたりの透過率を９９％とし、切り替えレンズ組の反射防止コーティングと同じとすれば、パワーを有しない位相物体も２枚で合計９６％となる。こうすれば、比較的容易にパワーを有しない位相物体を切り替えレンズ組の透過率と同じにすることができる。
【００３４】
なお、第一のレンズ３２と第二のレンズ３３からなる切り替えレンズ組とパワーを有しない位相物体３１は、例えばベース３０に乗せられており、これを図１、図２の矢印の様に移動させ、図５に示すシリンドリカルレンズ２３と球面レンズ２４の間の光軸上に入れ替えることで、第一の解像度から第二の解像度へあるいはその逆に切り替え可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明におけるレーザ光源装置の第二の解像度の時を示す図である。
【図２】本発明におけるレーザ光源装置の第一の解像度の時を示す図である。
【図３】本発明の画像形成装置の構成を示す図である。
【図４】本発明における光走査装置の構成を示す図である。
【図５】本発明における光走査装置のレンズ系の走査方向断面図である。
【図６】本発明における光走査装置のレンズ系の副走査方向断面図である。
【図７】本発明における光走査装置のレンズ系の走査方向断面図である。
【図８】本発明における切り替えレンズ組を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…帯電装置
１１…光走査装置
１２…現像装置
１３…印刷用紙
１４…搬送装置
１５…転写装置
１６…清掃装置
１７…定着装置
１８…感光体
２０…複数レーザ光源
２１…光線
２２…コリメータレンズ
２３…シリンドリカルレンズ
２４…球面レンズ
２５…回転多面鏡
２６…Ｆθレンズ
２７…ミラー
２８…センサ
２９…折り返しミラー
３０…ベース
３１…パワーを有しない位相物体
３２…第一のレンズ
３３…第二のレンズ
３５…光線
３６…光線
３７…主光線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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